CC BY
12
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
1975
Том 241
ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ ДИСКОВ ПРИ РАДИАЛЬНОЙ ОСАДКЕ
В. А. ОГОРОДНИКОВ, В. Д. ПАНЦИЛИУС
(Представлена научным семинаром кафедры сопротивления материалов)
Радиальная осадка из упрочняющихся материалов моделирует операцию ковки. При ковке дисков из малопластичных сталей во внутренних областях часто возникают трещины. С целью выбора оптимальных параметров процесса ковки, необходимо знать величину осадки, при которой материал заготовок разрушается.
В настоящей работе исследуется прочность дисков из пластичных и малопластичных металлов при радиальной осадке, отыскивается параметр, по которому можно судить о способности металла к деформированию.
Для оценки прочности заготовки необходимо знать зависимость предельной пластичности материала от вида напряженного состояния. В работах [1, 2] предлагается указанную зависимость характеризовать диаграммой предельной пластичности, связывающей интенсивность ло-I арифмической деформации в момент зарождения трещины е / с коэффициентом жесткости напряженного состояния
'1 + 32 + Д:! (1)
где
з., — главные напряжения,
а — гидростатическое давление, — интенсивность напряжений.
На рис. 1 приведена диаграмма предельной пластичности для дюра-люмина Д-1, построенная по методике, предложенной в работе [3]. При Г| = 1 диаграмму строили по результатам испытания сплошного образца на растяжение в области (1>т]>—0,6) испытывали сплошные цилиндрические образцы, нагруженные крутящим моментом и осевой силой (растягивающей при т)>0 и сжимающей при ц ^ 1).
Для оценки прочности заготовок необходимо знать область напря-женно-деформированного состояния в процессе радиальной осадки дисков. При осадке дисков с #о/А) — 0,25 реализуется плоское напряженное состояние. Параметры т], ег- для плоского напряженного состояния можно рассчитать по соотношениям деформационной теории
= , (2)
где 3 е{
аз — главное напряжение (оно равно нулю для плоского напряженного состояния).
е3 — главная деформация в направлении, перпендикулярном диаметральному сечению диска,
е — средняя деформация.
Дуралкти1 Д-1
ст4В
-м -и -оя -до -он -42 о Тг ом И6 ц.* а
Рис. 1. Диаграмма пластичности дюралюмина и Jблacти г) — е1 при осадке дисков
Для несжимаемого материала имеем
Подставив (3) в (1), получим
где
е1 -
у] =2 2
Кз
2
ТТ.1-
е, + е2
Уе\ +
е-}+е1 е2,
(3)
(4)
(5)
— главные деформации в диаметральном сечении диска при его
осадке.
Коэффициент жесткости напряженного состояния можно также рассчитать с помощью соотношений теории течения
7] = — 2
Ьеъ дб1
2. Заказ 7405
(6)
17
Для исследования были изготовлены диски с диаметром До = 80-и-и, высотой 20 мм из дюралюмина Д-1, стали 40, латуни ЛС-59-1. Торцевую поверхность дисков полировали и на одну из четвертей наносили делительную сетку, состоящую из системы окружностей диаметром ¿о = 3,5 мм. Диски из дюралюмина осаживали ступенями на 8, 14, 18 и 20% с разгрузкой до появления видимых трещин на торцевой поверхности. При осадке применяли смазку из смеси коллоидного графита и глицерина с использованием прокладок из свинцовой фольги.
На каждой ступени деформирования измеряли размеры эллипсов, в которые деформировались первоначальные окружности. По известным соотношениям рассчитывали главные деформации <?ь е2, а из (4), (5) — у] и е I.
Параметры ц и в1 предварительно сглаживали проведением изолиний. На рис.2, показаны уровни постоянного т] и е-г для диска, осаженного на 20%. Из рисунка следует, что распределение деформаций при
55 Ъй 25 20 Ч -18 -5 0 5 {в 15 20 25 30 35 Щ
Рис. 2. Изолинии ч и еь для диска из дюралюмина, осаженного на 20%
осадке является неравномерным. В центре тяжести сечения интенсивность деформаций достигает ег = 0,38, а коэффициент жесткости напряженного состояния г) = +0,15. В указанной области наиболее вероятно разрушение —здесь наибольшая деформация и неблагоприятная схема напряженного состояния, близкая к простому сдвигу (г) = 0).
На рис. 1 показаны области напряженно-деформированного состояния, рассмотренные для исследованных случаев. Верхние границы области напряженно-деформированного состояния указывают необходимую пластичность. Например, диски, осаженные на 8, 14, 18%, не разрушились. Их области г) и е I расположились под диаграммой предельной пластичности. В диске, осаженном на 20%, в центре тяжести сечения возникла трещина. Верхняя граница области ц и е'1 пересекла диаграмму предельной пластичности. Заметим, что во всех исследованных случаях величину необходимой пластичности можно установить испытанием металла на кручение, так как параметр ц в опасных точках близок к нулю. Области г) и ег для диска из латуни, осаженного на 20%, рассчитаны по соотношениям деформационной теории и теории течения. Удовлетворительное совпадение верхних границ областей т] и е,- позволяет использовать для расчета деформационную теорию.
На рис. 3 приведена кривая зависимости степени осадки дюралюмина Д-1 от величины еь в центре тяжести сечения дисков. Полученный 18
¡/ ,тм £
с
график позволяет определять величину осадки в зависимости от интенсивности деформации в опасной точке, которую можно определить испытанием материала на кручение. Аппроксимируя экспериментально найденную функцию, получили формулу
— = _ 1,67 (е,)9 + 1,13 (7)
где Д£> = (£> — //),
Н— высота диска после осадки, О — диаметр диска,
¿¿ — величина интенсивности деформации в опасной точке.
ДуралЬтин Д!
0.3
ом
Рис. 3. Зависимость степени осадки от величины е1 в опасной точке
Величину е-ь можно определить испытанием материала на кручение. Задаваясь коэффициентом запаса пластичности
к
(8)
где еь — необходимая пластичность, можно определить величину осадки, при которой диск деформируется без разрушения.
В работе [5] показано, что распределение деформаций при прочих равных условиях (величина осадки, размеры, условия в контакте) практически не зависят от свойств материала. Это, по-видимому, позволяет использовать формулу (7) для приближенного определения безопасной величины осадки и для других материалов. Сказанное подтверждают полученные экспериментально области напряженно-деформированного состояния, рассчитанные для дисков из латуни ЛС59-1 и дюралюмина Д-1, стали 40, осаженных на 20%. Верхние границы областей 1]— практически совпадают для дисков из указанных материалов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Г. Д. Дель. Оценка прочности металла при механической обработке, Изв. вузов, Машиностроение, № 8, стр. 177, 1970.
2. Г. А. С м и р н о в - А л я е в. Сопротивление материалов пластическому деформированию, Машгиз, М., 1961.
3). Г. Д. Дель, Л. К. Спиридонов. Влияние вида напряженного состояния на пластичность металлов. Тезисы докладов шестой научно-технической конференции Тула, стр. 38, 1970.
4. В. А. Огородников, Г. Д. Дель. Исследование напряженно-деформирован-ного состояния при осадке, Кузнечно-штамповочное производство, № 5, стр. 3, 1970.
5. В. А. Огородников, Г. Д. Ковалев. Оценка прочности при осесимметрич-ной осадке. Сборник докладов научно-технической конференции «Технический прогресс в машиностроении», посвященный 70-летию машиностроительного факультета ТПИ, часть 2, Томск, стр. 43, 1970.
2*
